(Phys.org) —Una proteina del sangue di vacca ha la straordinaria capacità di impedire alle nanoparticelle d'oro di aggregarsi in una soluzione. La scoperta potrebbe portare a migliori applicazioni biomediche e contribuire a progetti che utilizzano nanoparticelle in ambienti difficili.

L'albumina sierica bovina (BSA) forma una "corona" proteica attorno alle nanoparticelle d'oro che impedisce loro di aggregarsi, particolarmente in ambienti ad alta salinità come l'acqua di mare. La nuova ricerca dei laboratori chimici Stephan Link e Christy Landes della Rice University è stata pubblicata dalla rivista dell'American Chemical Society ACS Chimica e Ingegneria Sostenibili .

L'interesse primario di Link è nelle proprietà plasmoniche delle nanoparticelle. Il lavoro di Landes comprende il legame proteico e il trasporto molecolare. La ricerca BSA unisce i loro talenti unici con quelli di Sergio Dominguez-Medina, uno studente laureato nel laboratorio di Link che ha studiato fisica alla Monterrey Tech ed è stato attratto da questo progetto interdisciplinare durante una borsa di studio universitaria al Link's Rice lab.

"Inizialmente, volevamo esaminare le nanoparticelle in soluzione con qualcosa che avrebbero incontrato frequentemente nel sangue:albumina sierica, " disse Landes. "Nei nostri primi esperimenti, Sergio ha segnalato l'efficientissimo, legame ragionevolmente veloce e irreversibile nel momento in cui ha messo le nanoparticelle in una soluzione che conteneva albumina di siero".

"Si è scoperto che il sale sta effettivamente guidando questo legame, " Ha detto Dominguez-Medina.

Senza BSA, le nanoparticelle d'oro in una soluzione salina si aggregano rapidamente e cadono sul fondo. "Questo di per sé è indesiderabile per applicazioni biomediche o industriali, perché potrebbe portare a problemi di tossicità, " ha detto. "Le nanoparticelle diventano più idrofobe perché in presenza di sali, le cariche in eccesso sulla superficie (che scoraggiano l'aggregazione) vengono effettivamente rimosse." Ma se BSA è presente, le proteine ​​vengono attratte dalle nanoparticelle più velocemente di quanto le particelle siano attratte l'una dall'altra.

"Una volta che la proteina è legata, dona una super protezione contro ogni tipo di aggregazione salina. Riteniamo che questo possa essere utilizzato per la stabilizzazione di nanoparticelle in ambienti in cui, proprio adesso, non è stato raggiunto, " Ha detto Dominguez-Medina.

Ha detto che la scoperta offre anche la possibilità che le nanoparticelle possano essere rese più compatibili per il trattamento degli esseri umani utilizzando l'albumina di un paziente. "L'albumina è davvero facile da purificare e il processo è ben consolidato, " Egli ha detto.

La capacità delle nanoparticelle d'oro di assorbire e reindirizzare la luce è al centro di diverse tecnologie innovative sviluppate alla Rice e altrove. I più notevoli sono un trattamento del cancro a base di nanoparticelle ora in sperimentazione umana che è stato sviluppato dalla professoressa Naomi Halas e dall'ex collega di Rice Jennifer West, e il progetto di Halas per convertire l'energia solare direttamente in vapore per l'igiene e la purificazione dell'acqua.

"L'unico modo in cui le nanoparticelle mostrano le loro proprietà ottiche davvero belle in frequenze ottiche molto specifiche è se sono separate, " ha detto Landes.

Poiché le nanoparticelle di oro puro sono così idrofobe, si aggregano naturalmente in una soluzione a meno che non siano trattati chimicamente. "Un grande sforzo industriale va a tenere le cose lontane dalle superfici, come lenti a contatto e scafi di navi, " ha detto. "Ciò comporta l'alterazione chimica delle superfici per prevenire l'assorbimento indesiderato, o nel caso delle nanoparticelle, aggregazione indesiderata".

Proteggere la superficie è costoso, ha detto collegamento. "Ma abbiamo scoperto che potevamo prendere le nanoparticelle preparate nel modo più economico, con un rivestimento di citrato di sodio che stabilizza le particelle mediante repulsione elettrostatica, e aggiungi BSA, che ricopre le particelle e le rende davvero stabili."

L'albumina è la proteina più comune nel sangue, e la versione bovina condivide il 98 percento della sua sequenza di amminoacidi con l'albumina sierica umana. "Uno dei suoi scopi principali, biologicamente, è prendere cose che non sono solubili in acqua, legarsi ad essi e renderli solubili, "Ha detto Landes. "Quando lo combini con le nanoparticelle d'oro, BSA si scambia di posto con il citrato a buon mercato, che non è un buon strato protettivo, per formare la corona monostrato, che è molto forte e protettivo."

L'acqua di mare è la definizione stessa di un ambiente ostile, disse Landes. "Uno dei problemi con le applicazioni di desalinizzazione e, allo stesso modo, con celle a combustibile, è che le condizioni saline o acide sono molto corrosive, " ha detto. "Ecco perché devi usare elettrodi di platino nelle celle a combustibile - non perché sono migliori dei materiali più economici alla catalisi, ma perché non si corrodono in un ambiente difficile." Vede la promessa per le nanoparticelle d'oro trattate con BSA in entrambe le applicazioni.

I ricercatori stanno ora esaminando quanto bene le nanoparticelle d'oro mantengano la loro corona di albumina con un uso ripetuto. "L'oro è costoso, " disse Landes. "Ma il bello è che se puoi riutilizzarlo, ti costa una volta sola."

Vogliono anche usare la spettroscopia per vedere come funziona il meccanismo di legame in tempo reale, ha detto collegamento. "Vogliamo studiare cosa sta succedendo all'interfaccia delle nanoparticelle e dei media biologicamente rilevanti" che potrebbero eventualmente includere il DNA, RNA e farmaci per la consegna alle cellule, Egli ha detto.

Link prevede di vedere come la BSA può essere utilizzata in combinazione con nanobarre d'oro. Poiché le proprietà plasmoniche dei nanorod possono essere regolate, "possiamo farli entrare nella finestra biologica, che è la luce del vicino infrarosso, " ha detto. Near-IR dai laser viene utilizzato per attivare, per riscaldamento, I nanogusci di Halas e West che uccidono il cancro. Nanorods may also offer ways to combine BSA and other useful proteins by coating the tips and sides separately.